Brezplačni CAD

Programi CAD imajo sloves zahtevnih programov, ki zanimajo le majhen krog profesionalcev, kot so arhitekti, strojniki in podobni profili. In vendar med njimi najdemo tudi odprtokodne ali brezplačne, ki bodo marsikomu zadostovali.

Ljubiteljski snovalci 3D-objektov navadno raje posežejo po programih, ki temeljijo na mrežah poligonov (polygon mesh), kot je med odprtokodnimi Blender, in katerih način dela bolj spominja na gnetenje plastelina. Čeprav so ti s svojimi zlepki trikotnikov enostavnejši za ustvarjenje zapletenih oblik, pa njihova nenatančnost in nagnjenost k ustvarjanju velikega števila »odvečnih« poligonov predstavlja precejšnjo težavo. Še posebej, ko želimo imeti 3D-model, ki je namenjen dejanski rabi zunaj virtualnih okvirov računalnikov.

Seveda, govorimo o 3D-tiskalnikih, kjer je predpogoj za uspešno tiskanje tako imenovana »vodotesnost« modelov (watertight) – model mora biti zaključena celota, brez luknjic oziroma nepovezanih poligonov, ki bi lahko povzročali težave pri samem tiskanju ali kasnejši trdnosti izdelka. Za uporabne izdelke postane ključna tudi natančnost, ki je pri programih CAD bistveno večja. Telesa namreč opisujejo parametrično skozi osnovne geometrijske like, kot so krogi, črte, krivulje in poligoni. Tako so liki zares liki, z natančnimi merami, točkami in pozicijami, in jih je lažje prilagajati ter spreminjati in tudi medsebojno kombinirati, ustvariti osnovne gradnike, iz teh pa zahtevne sestavljene konstrukcije.

Resda programi za razrez 3D-objektov v opisni jezik G-Code, ki ga uporabljajo 3D-tiskalniki, navadno delajo z datotekami, ki vsebujejo mesh objekte (kot sta STL, 3MF ipd.), a je veliko manj težav s tistimi, ki so pretvorjeni neposredno iz parametričnih 3D-modelov, kakršne ustvarjajo tokrat opisani programi CAD. Njihov rezultat, ko združimo vse objekte, je namreč vedno enoten vodotesen objekt.

Ustvarjanje modelov v 3D-oblikovalnikih, ki niso CAD, lahko povzroči težave pri 3D-tiskanju.

Programi CAD za oblikovanje uporabljajo dva načina oblikovanja modelov. Prvi je bolj podoben klasičnemu tehničnemu oblikovanju, v njem pa 3D-modele oblikujemo ob pomoči 2D-skic (sketch). Oblikovalec nariše prerez objekta na ravnini (denimo tloris ali stranski ris), nato pa ga »raztegne« pravokotno na os ravnine in s tem ustvari globino. Drugi pristop, ki je nekoliko bolj »kiparski«, pa izhaja iz preoblikovanja trirazsežnih teles. Osnova so torej krogle, kocke, valji in drugi trirazsežni liki, ki jih nato združujemo (torej nekako lepimo), odštevamo (delamo luknje, oblikujemo robove …), preoblikujemo (spreminjamo točke in robove, modele popačimo in podobno), da dobimo želeno obliko. Oba načina imata svoje prednosti in slabosti, pogosto pa jih lahko v modernih programih CAD preprosto kombiniramo, pač glede na ustreznost in preference samega oblikovalca.

FreeCAD

FreeCAD je najbolj znan odprtokodni program za 3D CAD, ki je na voljo tako za Linux, MacOS kot tudi za okolje Windows. FreeCAD je zelo obsežen in je namenjen različnim vrstam uporabe. V ta namen ima oblikovanih veliko število delovnih površin (workbench), ki prilagodijo videz vmesnika za različne namene, predvsem pa spremenijo izbor orodji, ki so na voljo v orodni vrstici. To omogoča, da se uporabnik lahko bolje znajde v mnoštvu orodij in zmogljivosti, ki jih program ponuja, saj v tem prekaša prav vse tokrat opisane programe. Kar ni nujno pozitivno.

Freecad omogoča grafično analizo, ki pokaže, v kakšnem razmerju so elementi modela.

Funkcij, orodij in tudi delovnih površin je toliko, da je program zaradi tega izredno zapleten in zahteva precej časa, da se uporabnik v njem vsaj približno znajde. Res pa je, da ima kar nekaj orodji, ki jih drugi ne premorejo, denimo za ustvarjanje kompleksnih površin (surface), delo z »oblaki točk« (množice točk v prostoru, ki se uporabljajo pri laserskem skeniranju objektov) ali orodja za grafično analizo modelov (ki prikaže sestavne dele objektov, translacije, ravnine ipd.). FreeCAD omogoča tudi ustvarjanje zapletenih ustrojev iz sestavnih delov in simulacijo njihovega delovanja, ustvarjanje animacij, neposredno podpira OpenSCAD (ki ga predstavljamo tudi posebej), na voljo pa so tudi orodja CAM za prilagajanje načrtov nadaljnji strojni obdelavi. V celoti gledano je FreeCAD zelo dober in obsežen program, predvsem pa zares brezplačen in tudi odprtokoden. Vseeno pa je le delno primeren za tiste uporabnike, ki nimajo potrpljenja s spoznavanjem zahtevnega vmesnika in procesa dela.

FreeCAD

program za parametrični 3D CAD

Kje: freecad.org

Cena: Brezplačen.

Za: Edini odprtokodni program CAD na profesionalni ravni, zelo zmogljiv.

Proti: Nepregleden, zapleten in zahteven vmesnik. Slabši modul za izrisovanje (rendering).

Vectary

Vectary je nekakšen hibrid med 3D-programi CAD, saj ne izhaja iz skic, temveč površin (surfaces), ki sestavljajo krogle, kvadre in druge osnovne polne like. V prvi vrsti spominja na 3D-programe, kot je Blender, ob tem pa ostaja parametričen, saj so vsi liki »pravi« in ne sestavljeni iz trikotnikov. Je spletno orodje, ki deluje v oblaku, zato je njegova raba neodvisna od operacijskega sistema, deluje pa tudi na manj zmogljivih računalnikih. V brezplačni različici omogoča modeliranje do deset modelov, animiranje in simuliranje pa nista na voljo. Brezplačna različica dovoljuje tudi uporabo programa v profesionalne namene (kar pri večini drugih komercialnih brezplačnih programih ni dovoljeno). Vmesnik  osnovi nima takšnega mnoštva možnosti, kot jih najdemo v drugih programih CAD. Tako je oblikovalec prisiljen, da se pri modeliranju bolj osredotoča na kombiniranje manjšega števila orodji in funkcij, kar lahko predvsem pri manj veščih ljubiteljskih uporabnikih, ki le tu in tam želijo načrtovati kakšen izdelek za 3D-tisk, predstavlja prednost. Delo je relativno enostavno in se ga hitro privadimo, je pa žal tudi kar omejeno in bolj primerno za enostavne objekte. Predvsem manjka učinkovit način združevanja objektov kot sestavnih delov, ki ga poznajo drugi bolj klasični programi CAD, kar je lahko omejitev že pri snovanju malo bolj kompleksnih ohišij. No, za tiste, ki rabijo nekaj bolj lahkotnega, je vsekakor lahko kandidat, tudi zaradi barvite knjižnice že narejenih modelov, ki jih lahko uporabimo kot osnovo za svoje izdelke.

Vectary

program za ploskovni 3D CAD

Kje: vectary.com

Cena: Omejena brezplačna uporaba (13,70 evra na mesec za polni paket).

Za: Drugačen pristop do oblikovanja modelov. Ni omejitev za rabo v profesionalne namene.

Proti: Omejeno kombiniranje in sestavljanje zahtevnih modelov. Manj dodatnih funkcij.

Fusion 360

Tudi Fusion 360 je plačljiv program, ki ljubiteljskim uporabnikom omogoča brezplačen dostop do omejene različice, ki večinoma zadostuje. Število modelov, ki jih je mogoče urejati, je omejeno na deset, kar niti ni ovira, saj mora uporabnik zgolj spremeniti status modelov, ki jih trenutno ne ureja, v »samo branje« (read-only), ko zmanjka teh deset mest. Teče na sistemih Windows in MacOS, medtem ko različice za Linux ni. Fusion 360 lahko sicer uporabljamo tudi prek spleta, a le v plačljivi različici.

Program je dokaj zapleten, predvsem ima veliko število zmogljivosti in delovnih površin, pa tudi razumevanje razmerij med posameznimi elementi v drevesu modela (skice, ravnine, telesa …) ni najenostavnejše. Vseeno se da njegovo osnovo dokaj hitro usvojiti – denimo, je precej bolj pregleden kot FreeCAD. Dobro je zasnovano tudi grajenje kompleksnih izdelkov iz velikega števila posameznih gradnikov, te pa lahko tudi v brezplačni različici animiramo oziroma simuliramo delovanje zobatih koles in podobno.

Ob tem Fusion 360 ves čas oblikovanja vodi tudi zgodovino, tako da lahko v procesu vedno spremenimo tudi parametre za objekt, ki smo ga morda premalo raztegnili, hkrati pa lahko vedno izberemo tudi katero od predhodno shranjenih različic in tako ustvarjamo veliko različic istega modela. Res pa je, da lahko pri tovrstnih dejanjih hitro pride do napak v povezavah posameznih elementov (lik izgubi ravnino, na kateri se nahaja, spremenjena točka na enem liku onemogoči izračun zaobljenega roba drugega lika ipd.), zato je za uspešno načrtovanje kompleksnih modelov zelo pomembno razumevanje, kako Fusion 360 obravnava posamezne elemente – kar pa ni niti najmanj enostavno …

Fusion 360

program za parametrični 3D CAD

Kje: autodesk.com

Cena: Omejena brezplačna uporaba (348 evrov na leto za polni paket).

Za: Zelo vsestranski in zmogljiv tudi v brezplačni različici.

Proti: Ob spreminjanju parametrov za nazaj se lahko pojavijo različne težave zaradi povezanosti elementov.

Onshape

Onshape, podobno kot drugi programi CAD, obstaja v plačljivi in brezplačni različici. V zadnjem primeru se odpovemo zmogljivemu osenčevalniku za 3D-izris ter orodjem za nadzor izdaj, česar večina manj zahtevnih uporabnikov itak ne potrebuje. Onshape je brezplačno na voljo tudi za okolji iOS in Android, kar pomeni, da lahko uporabnik oblikuje modele tudi na poti. Še ena nenavadnost – v brezplačni različici so vsi projekti javni, kar pomeni, da jih lahko uporabljajo tudi drugi, seveda pa lahko tudi vi uporabljate projekte drugih, kar niti ni tako slabo.

Če bi izhajali iz enostavnosti in intuitivnosti vmesnika, je Onshape zmagovalec med vsemi predstavljenimi. Pregleden vmesnik in razumljiva zasnova sta vsekakor vrlini tega programa, všečno je tudi, da je načrtovanje delov (Part Studio) in njihovo sestavljanje (Assembly) ločeno (ne tako kot pri Fusion 360), kar je mnogo bolj intuitivno in enostavno. Ločeni so tudi tehnično risanje, knjižnica materialov, studio za spremenljivke ter tako imenovani Feature Studio, kar je v bistvu programski jezik, s katerim lahko ustvarjamo funkcije za parametrične objekte.

Vmesnik ima sicer nekaj nenavadnih posebnosti, ki se jih je treba navaditi (denimo, da s klikom na objekt vedno dodamo izbiro in je ne zamenjamo – za to je treba najprej odznačiti izbor s preslednico), a to lahko nenazadnje rečemo za prav vsak vmesnik tovrstnih programov.

Program v celoti teče v oblaku, kar pomeni, da bo deloval tudi na manj zmogljivih računalnikih, če je le internetna povezava dovolj dobra in stabilna.

Onshape

program za parametrični 3D CAD

Kje: onshape.com

Cena: Omejena brezplačna uporaba (2.280 evrov na leto za polni paket), brezplačna različica za iOS in Android.

Za: Zelo pregleden in intuitiven. Deluje na mobilnih napravah.

Proti: Manj standardni načini označevanja in obračanja modelov, zelo drag polni paket.

OpenSCAD

OpenSCAD se od drugih tu naštetih programov zelo razlikuje. Gre namreč za odprtokodni program CAD, ki za oblikovanje modelov uporablja svoj programski jezik, s katerim gradimo objekte, funkcije in še kaj.

Nabor osnovnih funkcij niti ni pretiran in v prvi vrsti obsega ukaze za 2D- in 3D-objekte ter njihovo preoblikovanje (denimo obračanje, večanje, zrcaljenje …). Objekte združujemo in kombiniramo s tremi osnovnimi logičnimi operacijami (unija, razlika, presek), podprte so zanke, pogojni stavki, seznami in seveda vrsta matematičnih operacij ter izrazov.

OpenSCAD seveda ni za vsakogar, je pa zanimiv za tiste, ki znajo objekt razčleniti kot algoritem in pri tem izkoristiti možnosti, ki jih tak način dela omogoča, denimo, da ustvarimo funkcijo ali program za oblikovanje ohišja, katerega dimenzije prilagajamo kar skozi argumente ali parametre, ali da iz obstoječe kode ustvarimo knjižnice in jih potem uporabimo v drugih projektih (denimo za ustvarjanje zaokroženih robov). Na spletu je tako na voljo kopica različnih bolj ali manj uporabnih knjižnic, ustvarjalnikov gumbov ter škatel in podobno.

Če morda OpenSCAD ni najbolj vsestranski, pa je zelo primeren za učenje – za programerje, da razumejo principe 3D-oblikovanja, in modelarje, da razumejo logiko programiranja. Poleg tega pa ne ponuja prav nobenih prednosti grafičnih vmesnikov niti nima zmogljivega modula za, denimo, osenčen in osvetljen izris ustvarjenih modelov.

OpenSCAD

program za kodiranje 3D CAD

Kje: openscad.org

Cena: Brezplačen.

Za: Velika natančnost, možnost ustvarjanja prilagodljivih modelov prek spremenljivk.

Proti: Slab izrisovalnik, zahteven za rabo, malo dodatnih možnosti, nima pravega grafičnega vmesnika.